最近，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的生物工程師，開發(fā)出一種模塊化的蛋白質(zhì)系統(tǒng)，能夠檢測細胞中一段特定的DNA序列，然后觸發(fā)一個特殊反應(yīng)，如細胞死亡。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在九月二十一日的《Nature Methods》。延伸閱讀：打開細胞死亡之門的蛋白質(zhì)。

該系統(tǒng)可以定制，以檢測哺乳動物細胞中的任何DNA序列，然后引發(fā)一種預(yù)期的反應(yīng)，包括殺死癌細胞或病毒感染的細胞。本文資深作者、MIT生物工程系、醫(yī)學(xué)工程和科學(xué)研究所（IMES）的James Collins教授指出：“這個系統(tǒng)可能有一系列重要的應(yīng)用。讓你能夠很容易地設(shè)計出某種結(jié)構(gòu)，使一個程序化的細胞既能檢測到DNA，也能對這種檢測起作用，有一個報告系統(tǒng)和/或響應(yīng)系統(tǒng)。”

這項技術(shù)基于一種稱為鋅指的DNA結(jié)合蛋白。這些蛋白質(zhì)可以被設(shè)計來識別任何DNA序列。本文第一作者、IMES博士后Shimyn Slomovic說：“這項技術(shù)設(shè)計的蛋白，幾乎可結(jié)合任何你想要的DNA序列。這被用于很多方面，但沒有那么多用于檢測。我們覺得，利用這種設(shè)計的DNA結(jié)合技術(shù)用于檢測，是很有潛力的。”

感覺和響應(yīng)

為了創(chuàng)造這一新的系統(tǒng)，研究人員需要將鋅指的DNA結(jié)合能力與一個結(jié)果聯(lián)系起來——打開一個熒光蛋白表示目標基因存在，或在細胞內(nèi)產(chǎn)生另一種作用類型。

研究人員通過利用一種稱為“內(nèi)含肽”（一種短的蛋白，可以插入到一個更大的蛋白中，將其分裂成兩塊）的蛋白質(zhì)，做到了這一點。分裂的蛋白碎片，被稱為“外顯肽exteins”，只有內(nèi)含肽去除自己而把兩半重接的時候，才能變得具有功能性。

Collins和Slomovic決定將一個內(nèi)含肽分成兩半，然后將每一部分附著到一個分離的蛋白質(zhì)和一個鋅指蛋白上。鋅指蛋白被設(shè)計來識別靶基因中的相鄰DNA序列，所以如果它們都找到自己的序列，內(nèi)含肽就排成一排，然后切出來，從而使外顯肽部分重接，并形成有一種功能性的蛋白質(zhì)。外顯肽蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子，旨在打開研究人員想要的任何基因。

在本文中，他們將綠色熒光蛋白（GFP）的生產(chǎn)，與鋅指對來自腺病毒的DNA序列的識別，聯(lián)系起來，所以感染這種病毒的任何細胞都會發(fā)出綠光。

這種方法不僅可以用來顯示感染的細胞，而且還可以殺死它們。為了實現(xiàn)這一點，研究人員將系統(tǒng)程序化，生產(chǎn)出一類蛋白質(zhì)，警告免疫細胞來對抗感染，而不是GFP。

Slomovic說：“因為它是模塊化的，你可能會引發(fā)你想要的任何反應(yīng)。你可以編程細胞來殺死自己，或分泌蛋白質(zhì)，使免疫系統(tǒng)將其識別為一個敵方細胞，因此免疫系統(tǒng)會照顧它。”

麻省理工學(xué)院的研究人員還用這一系統(tǒng)，通過將DNA靶標的檢測與一種NTR酶的生產(chǎn)聯(lián)系起來，殺死細胞。這種酶可激活一種無害的藥物前體，稱為CB 1954，研究人員將其加入到細胞生長的培養(yǎng)皿中。當被NTR激活時，CB 1954可殺死細胞。

該系統(tǒng)的未來版本，可被設(shè)計為結(jié)合癌基因中發(fā)現(xiàn)的DNA序列，然后產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄因子，可以激活細胞自己的程序性死亡途徑。

研究工具

研究人員現(xiàn)在正在應(yīng)用這一系統(tǒng)來檢測潛伏性HIV前病毒，即使在治療后，HIV仍然潛伏在一些受感染的細胞中。對這種病毒的了解更多，就可以幫助科學(xué)家找到方法來永久消除它們。

Slomovic說：“潛伏的HIV前病毒幾乎是治療艾滋病的最后一道屏障，目前是不治之癥，只是因為前病毒序列處于休眠狀態(tài)，沒有任何方法來消滅它。”

Collins說，使用這個系統(tǒng)來治療疾病可能還需要很多年，但是它可能很快被用作一種研究工具。例如，科學(xué)家可以用它來檢驗遺傳物質(zhì)是否已經(jīng)成功傳遞給科學(xué)家們試圖改變的細胞。沒有接受新基因的細胞可以被誘導(dǎo)為細胞死亡，從而制備一個理想的純凈細胞群。

它還可以用來研究癌細胞中發(fā)生的染色體倒位和換位，或通過檢測兩個基因在一條染色體上的距離，來研究正常染色體的三維結(jié)構(gòu)。